トリウム原子核のアイソマー状態決定、原子核時計実現へまた一歩 理研など

2019年12月2日 06:03

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トリウム229のアイソマー状態のエネルギー測定値。(画像: 発表資料より)

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 「原子核時計」は超高精度な時計として実現が望まれており、その研究開発が世界中で行われている。その原子核時計を実現する上で鍵となるのが、トリウム229原子の「アイソマー状態」についての解明である。その解明に乗り出しているのが理化学研究所(理研)、JAXA、日本原子力研究開発機構、九州大学、東北大学のメンバーからなる共同研究グループである。その共同研究グループが11月29日、トリウム229原子核のアイソマー状態のエネルギーを決定したと発表した。

【こちらも】超精密「原子核時計」への鍵を握るトリウム229アイソマーの生成に成功

 本研究成果は11月26日付のPhysical Review Lettersのオンライン版に掲載されている。また、雑誌内で「Editors’ Suggestion」にも選ばれている。

 原子核時計は現在一般に使われている原子時計と比較して、一桁程度高い精度を実現できると考えられている。そして原子核時計が利用するのが、原子核の「アイソマー状態」と呼ばれる準安定状態である。トリウム229のアイソマー状態はレーザー光で励起できる唯一のものであるため、近年注目を集めてきた。

 しかし、過去に報告されてきたアイソマー状態のエネルギー値は、各研究グループの間で一致していないという問題があった。そのため、新たに測定して正確な値を得るとともに過去の測定値との整合性を検証することが望まれていた。

 そこで今回、共同研究グループが開発したのが「超電導遷移端センサー」と呼ばれる分光器である。この分光器は高いエネルギー分解能を持つのが強みである。測定の結果、2019年に異なる手法で測定を行った他のグループの測定値とも一致することが確かめられた。

 今回の研究でアイソマー状態のエネルギー値が正確に決定したことによって、今後はトリウム229原子核を精密にレーザー分光させる研究が進むと期待される。その応用先としてまず注目されているのが原子核時計である。精度の高い原子核時計を用いることで、宇宙膨張の謎を解明する研究などの基礎研究がさらに進むと考えられる。加えて、地殻変動や地下資源の探索など、様々な分野の計測ツールとしても活用が期待される。

関連キーワード理化学研究所(理研)東北大学宇宙航空研究開発機構(JAXA)九州大学

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